Energía térmica
La energía térmica es la energía de agitación de las partículas de un cuerpo y se transfiere en forma de calor.
La energía térmica es la energía asociada al movimiento aleatorio de las partículas (átomos y moléculas) que forman un cuerpo: cuanto más rápido se agitan, mayor es su energía térmica y más alta su temperatura. Cuando esa energía pasa de un cuerpo a otro por una diferencia de temperatura, recibe el nombre de calor.
¿Qué es la energía térmica?
Toda la materia está compuesta por partículas en continuo movimiento. La suma de las energías cinéticas de ese movimiento desordenado (y, en parte, de las energías de interacción entre partículas) constituye la energía térmica, también llamada energía interna térmica. Es una forma de energía cinética a escala microscópica, aunque no se puede ver a simple vista.
Conviene distinguir tres conceptos que a menudo se confunden:
- Energía térmica: la energía total de agitación de todas las partículas de un cuerpo; depende de su cantidad de materia.
- Temperatura: medida de la agitación media de las partículas; no depende de la cantidad de sustancia.
- Calor: energía térmica en tránsito entre dos cuerpos a distinta temperatura.
Por ejemplo, un cazo de agua hirviendo tiene más energía térmica que una gota de agua hirviendo, aunque ambos están a 100 °C.
Fórmula y unidades
Cuando un cuerpo cambia de temperatura sin cambiar de estado, la energía térmica absorbida o cedida es:
donde Q es la energía (J), m la masa (kg), c el calor específico de la sustancia (J/kg·K) y ΔT = T_final − T_inicial (K o °C). La unidad del Sistema Internacional es el julio (J). También se usa la caloría (1 cal = 4,184 J), el kilovatio hora (1 kWh = 3,6 × 10⁶ J) y la BTU en el ámbito anglosajón.
| Sustancia | c (J/kg·K) |
|---|---|
| Agua líquida | 4186 |
| Hielo | ≈ 2100 |
| Aluminio | ≈ 900 |
| Hierro | ≈ 450 |
| Cobre | ≈ 385 |
Cómo se produce
- Combustión: la energía química del gas, el carbón o la madera se libera en forma de calor.
- Fricción: parte de la energía mecánica se disipa en energía térmica al frotar dos superficies.
- Radiación solar: el Sol calienta los cuerpos que absorben su luz.
- Efecto Joule: el paso de corriente por un conductor lo calienta (estufas, planchas, tostadoras).
- Procesos nucleares y geotermia: la fisión en las centrales y el calor interno de la Tierra.
Cómo se transmite
La energía térmica fluye siempre del cuerpo más caliente al más frío, hasta alcanzar el equilibrio térmico. Lo hace por conducción (contacto), convección (movimiento de fluidos) o radiación (ondas electromagnéticas); véase transferencia de calor. Este sentido único está recogido en las leyes de la termodinámica.
Aplicaciones
- Calefacción y agua caliente sanitaria, con calderas, bombas de calor o paneles solares térmicos.
- Centrales termoeléctricas, que convierten calor en trabajo mecánico y luego en electricidad.
- Motores de combustión interna y turbinas.
- Cocina, metalurgia, fabricación de vidrio y cerámica.
- Conservación de alimentos: se aplica calor (pasteurización) o se extrae (refrigeración).
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuánta energía térmica se necesita para calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C?
Q = m·c·ΔT = 2 × 4186 × (80 − 20) = 502 320 J. Resultado: ≈ 502 kJ (unos 0,14 kWh).
2. Una pieza de hierro de 0,5 kg se calienta de 25 °C a 225 °C. ¿Qué energía absorbe? (c = 450 J/kg·K)
Q = 0,5 × 450 × 200 = 45 000 J. Resultado: 45 kJ.
3. Se mezclan 1 kg de agua a 80 °C con 1 kg de agua a 20 °C. ¿Cuál es la temperatura final?
El calor cedido por el agua caliente es igual al absorbido por la fría: 1·c·(80 − T) = 1·c·(T − 20), de donde 80 − T = T − 20 y T = 50. Resultado: 50 °C.
Preguntas frecuentes
¿La energía térmica y el calor son lo mismo?
No. La energía térmica es la que almacena un cuerpo en la agitación de sus partículas; el calor es la parte de esa energía que se transfiere entre cuerpos por una diferencia de temperatura.
¿Existe el «frío» como energía?
No. El frío es simplemente la ausencia de calor: un cuerpo se enfría cuando cede energía térmica a su entorno, no cuando absorbe «frío».
¿Qué ocurre con la energía térmica en el cero absoluto?
A 0 K (−273,15 °C) el movimiento térmico de las partículas sería mínimo, pero no se puede alcanzar en la práctica.
¿Por qué el agua tarda tanto en calentarse?
Porque su calor específico es muy alto (4186 J/kg·K): necesita absorber mucha energía para subir un grado.
Referencias
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. McGraw-Hill.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2025). «Energía térmica». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-termica/
